植物外泌体miRNA藏不住了！跨物种“控场”技能满点——植物家族全员秀，调控机制看得明明白白，这波操作绝了

植物来源的外泌体样纳米颗粒（PELNs）是植物细胞分泌的纳米级囊泡，因具有可持续性、生物相容性高、成本低等优势，成为哺乳动物来源外泌体的理想替代载体。哺乳动物来源的外泌体（MDEs）存在免疫相关毒性、产量低、生产成本高等局限，而PELNs不仅能规避这些问题，还能通过携带的microRNAs（miRNAs）实现跨kingdom调控——即植物来源的miRNAs可进入哺乳动物细胞，调控疾病相关通路（如癌症、炎症、代谢紊乱等）。

今天分享的是发表在【J Nanobiotechnology】（IF：12.6）上题为“Exploring the bioactivity of MicroRNAs Originated from Plant-derived Exosome-like Nanoparticles (PELNs): current perspectives”的综述。本综述旨在探讨PELNs中miRNAs的生物活性，解析其跨kingdom调控的分子机制，总结其在疾病干预中的潜力，并分析临床转化中的挑战与未来方向，为PELNs基于miRNA的治疗策略提供理论依据。

 

研究结果

1.植物来源外泌体样纳米颗粒（PELNs）的生物发生途径

 

展示了PELNs的主要生物发生途径，包括多泡体（MVBs）途径、自噬体途径、液泡途径、PEN1阳性途径及外囊复合体阳性细胞器（EXPO）途径。其中，MVBs途径为主要途径：植物细胞内的内体成熟为MVBs，内体膜内陷形成含生物分子的腔内囊泡（ILVs），MVBs与细胞膜融合后释放ILVs，即PELNs。研究通过显微镜观察植物细胞内MVBs的形成与释放过程，结合分子标记技术（如ESCRT复合体蛋白标记）验证这些途径的关键分子机制。

这些结果表明，PELNs的生物发生涉及多种细胞通路，其中MVBs途径是其产生的主要机制。

 

2. 植物来源外泌体样纳米颗粒（PELNs）的组成成分

 

展示了PELNs的核心组成，包括四类成分：脂质（以磷脂为主，如磷脂酰胆碱）、蛋白质（如膜联蛋白、热休克蛋白）、核酸（miRNAs、mRNA、lncRNA等）及次生代谢物（如黄酮类、酚酸），且PELNs直径多为30-150nm。研究通过超速离心或密度梯度离心分离PELNs，采用质谱（蛋白质组学）鉴定蛋白质，高通量测序分析核酸，高效液相色谱检测次生代谢物，从而明确其组成。

这些结果表明，PELNs的复杂组成是其发挥生物活性及作为递送载体的物质基础。

 

3.植物miRNA通过PELNs的跨kingdom转移及吸收机制

 

揭示了植物miRNA的吸收过程：口服后，PELNs通过肠道上皮细胞的内吞作用（如网格蛋白依赖型内吞）进入细胞，或通过细胞间隙扩散；部分PELNs与肠道细菌囊泡融合，借助菌群代谢产物增强吸收；裸miRNA可通过SIDT1转运蛋白穿过胃上皮细胞，或与AGO1蛋白结合保护其不被降解；吸收后的miRNA通过血液运输，凭借组织特异性靶向性到达肝、肺等靶器官。研究通过荧光标记PELNs或miRNA，结合活体成像和组织切片追踪其转运路径。

这些结果表明，PELNs可保护miRNA抵御消化环境降解，并通过多种机制被哺乳动物吸收，为跨kingdom调控提供可能。

 

4.植物miRNA在哺乳动物细胞中调控基因表达的分子机制

 

该图展示了植物miRNA的两种调控机制：一是当miRNA与靶基因mRNA的3'UTR完全互补时，miRNA结合到RNA诱导沉默复合体（RISC）中，通过AGO1蛋白的切割活性降解靶mRNA，抑制基因表达；二是当互补性不完全时，miRNA-RISC复合体结合mRNA的3'UTR，阻止核糖体组装，抑制蛋白质合成但不影响mRNA稳定性。研究通过双荧光素酶报告基因实验验证miRNA与靶mRNA的结合，用qPCR和Westernblot检测基因表达变化。

这些结果表明，植物miRNA可通过转录后调控（mRNA降解或翻译抑制）影响哺乳动物细胞的基因表达。

 

5.植物miRNA在多种病理条件中的治疗潜力总结

 

汇总了植物miRNA的广泛治疗潜力，包括抗癌（如西兰花miR156a抑制鼻咽癌细胞转移）、抗炎（如姜miRNA抑制NF-κB通路）、代谢调控（如水稻miR168a调节血糖）、神经保护（如天麻miRNA靶向GSK-3β）、抗病毒（如金银花miR2911抑制SARS-CoV-2）等。这些结论基于细胞实验（如肿瘤细胞增殖检测）、动物模型（如小鼠结肠炎模型）及分子机制验证（如通路抑制实验）。

这些结果表明，植物miRNA在多种疾病中具有广泛治疗潜力，可通过调控关键通路实现疾病干预。

 

6.葡萄柚来源miR-18a在抑制结肠癌生长及肝转移中的作用机制

 

展示了葡萄柚miR-18a的双重抗癌作用：一是直接与结肠癌细胞中β-catenin的mRNA结合，抑制其表达，减少血管生成和细胞增殖；二是激活M1型巨噬细胞的IFN-γ/IRF2轴，促进IL-12分泌，诱导NK细胞和NKT细胞浸润，抑制肿瘤肝转移。研究通过Transwell实验检测细胞迁移能力，建立小鼠移植瘤模型，结合细胞因子检测验证其机制。

这些结果表明，特定植物miRNA可通过靶向肿瘤细胞及调节免疫微环境，发挥双重抗癌作用。

 

7.草莓和甘草来源miRNA的免疫调节机制

 

展示了两种免疫调节机制：一是草莓来源的FvmiR168与树突状细胞（DCs）表面的TLR3结合，通过TRIF信号通路减少细胞因子释放，抑制T细胞增殖；二是甘草miRNA刺激外周血单个核细胞（PBMCs）生长聚集，使HLA-DR+细胞比例从16.7%升至68.1%，并通过抑制AP-1通路和下调NF-κB、Bax，抑制Th2细胞分化。研究通过细胞共培养实验，检测细胞因子水平和免疫细胞表型变化。

这些结果表明，植物miRNA可通过调控免疫细胞功能和炎症通路，发挥免疫调节作用。

 

8.植物miRNA对肠道健康及菌群的调控机制

 

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展示了植物miRNA对肠道健康的双重调控：一是姜来源的ath-miR167a抑制乳酸菌SpaC蛋白表达，减少细菌在肠黏膜的聚集；姜来源的mdo-miR7267-3p下调乳酸菌ycnE基因，促进吲哚-3-甲醛（I3A）生成，通过AHR通路刺激IL-22分泌，增强肠道屏障；二是辣木miR167e-5p、玉米miR159a通过下调β-catenin抑制肠上皮细胞增殖，维持肠道屏障选择性通透性。研究通过小鼠肠道菌群分析、肠道屏障完整性检测（如紧密连接蛋白表达）验证其作用。

这些结果表明，植物miRNA可通过调控肠道菌群平衡和肠上皮细胞功能，维护肠道健康。

 

结论

本综述表明，植物来源外泌体样纳米颗粒（PELNs）中的miRNA具有显著的跨kingdom调控能力，可通过多种机制被哺乳动物吸收，通过降解靶mRNA或抑制翻译调控基因表达，在癌症、炎症、代谢疾病等领域展现广泛治疗潜力。然而，其临床转化仍面临挑战，如PELNs分离纯化方法标准化不足、miRNA含量批次差异大、长期安全性未明确等。未来研究需聚焦于优化PELNs工程化改造（如表面修饰增强靶向性）、明确跨kingdom调控的分子细节，并推动临床试验验证其疗效。总体而言，PELNs来源的miRNA为开发天然、可持续的新型疗法提供了重要理论基础和应用前景。